IEEE最新白皮书《软件定义的5G生态系统》综述

作者:李远东

IEEE的SDN研究组(IEEE SDN Initiative)于2016年7月15日发布了其第二份白皮书“Towards 5G Software-Defined Ecosystems:Technical Challenges, Business Sustainability and Policy Issues(《软件定义的5G生态系统:技术挑战、商业模式可持续性、通信政策问题》)”,系统地阐述了其对于“电信网络软件化”这种电信网络技术经济变革的研究成果,具有很大参考价值。下文简要介绍该白皮书的内容。

目前,多个技术经济驱动力(techno-economic drivers)正在为将来电信网络设计、电信业务运营的范式变革创造条件、奠定基础。这些驱动力包括:信息技术(IT)的进步、超宽带(固定及无线网络)接入的“泛在”化、硬件设备价格的降低、虚拟化技术的成熟、开源软件得到了越来越广泛的实际应用、用户终端的能力越来越强大等。

为此,IEEE SDN Initiative提出了“电信网络的Softwarization(软件化)”,而且如图1所示,实现“电信网络软件化”的四大关键技术是:SDN(软件定义网络)、NFV(网络功能虚拟化)、Cloud(云)以及Edge-Fog computing(边缘雾计算)。IEEE SDN Initiative还认为,“电信网络软件化”将在将来的5G(第五代移动通信)系统中发挥重要作用。

图1  由IEEE SDN Initiative提出的“电信网络软件化”架构

图1 由IEEE SDN Initiative提出的“电信网络软件化”架构

“电信网络软件化”对网络节点与IT系统进行深度集成/整合,充分利用软件(网络功能及业务的虚拟化)在灵活性、响应快速性等方面的“天然”优势,将从整体上带来电信网络的技术经济变革,将给电信基础设施的设计、实施、部署及运营带来深刻影响。因此,“电信网络软件化”将催生各种新兴的电信网络架构模式,使其具备自动化的运营流程(如:自管理),打造开放式、创新型的ICT业务范式。

IEEE SDN Initiative认为,“电信网络软件化”将首先被应用于5G网络与业务基础设施,这样一来,5G就将不仅仅是现有4G LTE网络的直接演进(即只是提高无线带宽、降低延迟/时延)。IEEE对5G的发展目标是:5G将是将来数字社会与数字经济的“神经系统”、无线区域容量是现有4G的1000倍、极大程度减小业务配置所花的平均时间、满足部分业务对于可靠性(数据包出错的可能性)及延迟的超高需求。

此外,5G网络也将提供非常广范围的新兴应用及ICT业务。可预见的是,内嵌入各类终端、机器与物体里的传感器将由低延迟/时延的固定-无线连接组成相关的物联网络,通过云、边缘雾计算基础设施的处理,最终转化为各种ICT服务。由这些传感器所收集的“海”量数据将会使得5G网络运营商创建出各种新兴的业务应用场景,诸如:IoT(物联网)、触觉互联网(Tactile Internet)、沉浸式通信(Immersive Communications)、X即服务(X-as-a-Service)——例如,通过将来的5G网络,可以对高级/先进的机器人系统执行远程控制与编程(通过应用编程接口API),这在现代工业与农业中有着非常好的应用前景——如工业4.0(Industry 4.0)、精细农业(Precision Agriculture)。

因此,IEEE SDN Initiative认为,5G系统的基础设施应具有这样的特性:网络、计算、存储的“无缝融合”;5G的部分功能以分布式部署,另一部分功能则集中部署;可支撑泛在的网络连接(包括有线网络与移动网络);具备两大特性:高容量、极低延迟/时延(数毫秒级别的水平)。

电信网络的这种技术经济变革,已经受到了学术界及工业界的高度关注。由此,ONF(开放网络基金)、IETF(Internet工程任务组)、ITU-T(国际电信联盟电信标准局)、ETSI(欧洲电信标准协会)等国际论坛与组织都正在大力研发SDN、NFV、云、边缘雾计算的参考架构。

但是,上述的研发在目前所存在的比较大的问题是:相关新兴技术的“碎片化”比较严重,各论坛与组织相互之间的沟通、协调不力。这就延缓了“电信网络软件化”的进行。于是,IEEE Future Directions Committee(IEEE未来方向委员会)就启动了IEEE SDN Initiative这个跨IEEE各相关子协会的SDN研发计划,以期解决上述的“碎片化”问题,提出“电信网络软件化”愿景(不仅仅从技术角度,还从商业模式可持续性、通信政策问题等角度)。

IEEE SDN Initiative于2016年7月15日发布了其第二份白皮书“Towards 5G Software-Defined Ecosystems:Technical Challenges, Business Sustainability and Policy Issues(《软件定义的5G生态系统:技术挑战、商业模式可持续性、通信政策问题》)”,系统地阐述了其对于“电信网络软件化”这种电信网络技术经济变革的研究成果,其中的主要内容包括:

(1)对促进“电信网络软件化”的几大主要技术经济驱动力的综述;

(2)提出这样的愿景:Open Mobile Edge Cloud(开放式移动边缘云);

(3)与“软件化的电信网络”的运营、安全、政策相关的几大主要技术挑战;

(4)对开源软件于“电信网络软件化”中将潜在扮演的角色的分析;

(5)面向概念验证(proof-of-concepts)的一些用例提案;

(6)“电信网络软件化”对于电信网络将带来哪些主要的社会经济影响(socio-economic impacts)?

此外,IEEE SDN Initiative也正在研发开放式的软件平台、软件开发工具集、“电信网络软件化”相关功能,以期最终能建立起基于SDN/NFV的5G测试床/现网试验网络。IEEE SDN Initiative认为,这将有助于为发展新兴ICT生态系统奠定基础,促进新型数字经济的发展。

附:IEEE SDN Initiative这份白皮书中的术语解释

3GPP(3rd Generation Partnership Project,第三代移动通信合作伙伴项目。移动通信国际标准组织)
5G(Fifth Generation,第五代移动通信)
AI(Artificial Intelligence,人工智能)
AAA(Authentication, Authorization and Accounting,认证、授权、计费)
AM(Autonomous Machine,自动化机器)
API(Application Program Interface,应用编程接口)
ASIC(Application Specific Integrated Circuit,专用集成电路)
BBU(Baseband Unit,基带单元)
CDN(Content Delivery Network,内容分发网络)
COMP(Control, Orchestration, Management and Policy,控制、编排、管理及策略)
COTS(Commercial-off-the-shelf,商用现货)
CPE(Customer Premise Equipment,用户驻地设备)
CPRI(Common Public Radio Interface,通用公共无线接口)
C-RAN(Cloud RAN,云/集中型无线接入网)
D2D(Device-to-Device,终端设备间直接通信)
DPDK(Data Plane Development Kit,数据平面开发工具)
DPI(Deep Packet Inspection,深度包检测)
DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)
E2E(End-to-End,端到端)
EPC(Evolved Packet Core,演进型分组核心网)
eRAN(evolved RAN,演进型无线接入网络)
ETSI(European Telecommunications Standards Institute,欧洲电信标准协会)
FH(Fronthaul,移动通信前传网络)
GDP(Gross Domestic Product,国内生产总值)
HIPAA(Health Insurance Portability and Accountability Act,健康保险流通与责任法案)
HSS(Home Subscriber Server,归属地用户服务器)
ICT(Information and Communications Technology,信息与通信技术)
IDS(Intrusion Defense Systems,入侵防御系统)
IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers,电气与电子工程师协会)
IETF(Internet Engineering Task Force,Internet工程任务组)
IMS(IP Multimedia Subsystem,IP多媒体子系统)
IMT(International Mobile Telecommunication,国际移动通信)
IT(Information Technologies,信息技术)
ITU(International Telecommunication Union,国际电信联盟)
ITU-T(ITU Telecommunication Standardization Sector,国际电信联盟电信标准局)
KVM(Kernel-based Virtual Machine,基于内核的虚拟机)
LTE(Long Term Evolution,移动通信长期演进系统)
M2M(Machine-to-Machine,机器到机器通信)
MANO(Management and Orchestration,管理及编排)
MEC(Mobile-Edge Computing,移动边缘计算)
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多天线传输/接收)
MME(Mobility Management Entity,移动性管理实体)
MTC(Machine-Type Communications,机器类通信)
MVNO(Mobile Virtual Network Operator,移动通信虚拟网络运营商)
NDS(Network Domain Security,网络域安全)
NFR(Non-Functional Requirement,非功能性的需求)
NFV(Network Function Virtualization,网络功能虚拟化)
NFVI(Network Function Virtualization Infrastructure,网络功能虚拟化基础设施)
NG(Next Generation,下一代)
NGFI(Next Generation Fronthaul Interface,下一代移动通信前传接口)
OMEC(Open Mobile Edge Cloud,开放式移动边缘云)
ONF(Open Networking Foundation,开放网络基金)
ONOS(Open Network Operating System,开放网络操作系统)
OPEX(Operational Expenditure,运营成本)
OPNFV(Open Platform for NFV Project,面向NFV项目的开放式平台)
OS(Operating System,操作系统)
OTT(Over-The-Top,使用别的通信运营商的网络为自己的用户提供服务)
OVS(Open vSwitch,开放式虚拟交换机)
PCI-DSS(Payment Card Industry Data Security Standard,支付卡行业数据安全标准)
QoE(Quality of Experience,体验质量)
QoS(Quality of Service,服务质量)
RAN(Radio Access Network,无线接入网络)
RAT(Radio Access Technology,无线接入技术)
RRH(Remote Radio Head,远端射频前端)
RRM(Radio Resource Management,无线资源管理)
SDN(Software-Defined Networking,软件定义网络)
SETI(Search for ExtraTerrestrial Intelligence,外星智慧搜寻计划)
SLA(Service Level Agreement,服务水平协议)
SNIR(Signal to Noise plus Interference Ratio,信号与(噪声+干扰)之比)
SP(Service Provider,服务提供商)
UE(User Equipment,用户终端设备)
UL/DL(Uplink/Downlink ratio,上行/下行之比)
VNF(Virtual Network Function,虚拟网络功能)
WAN(Wide Area Network,广域网)

参考文献:

[1] IEEE SDN Initiative. Towards 5G Software-Defined Ecosystems:Technical Challenges,
Business Sustainability and Policy Issues[EB/OL].
http://sdn.ieee.org/images/files/pdf/towards-5g-software-defined-ecosyst..., 2016-07-15.

原文链接: http://www.istis.sh.cn/list/list.aspx?id=10170